Introducción
Nos hemos dedicado en los primeros capítulos a una descripción de las diferentes funciones presentes en la comunicación a través de redes de datos desde el punto de vista del mode- lo de referencia OSI y del modelo de protocolos TCP/IP. Cada computador en una red hace parte de un segmento local, es decir, pertenece a una LAN o Red de Área Local, de las cuales existen diferentes tecnologías. En el campo de las LAN cableadas, Ethernet es la tecnología dominante, mientras que en el campo de las redes locales inalámbricas, la de mayor po- pularidad corresponde a la tecnología Wifi. En la presente unidad se esboza características básicas de estas tecnologías.
Ethernet 802.3
La primera especificación de Ethernet fue publicada como estándar abierto por el consorcio DIX (Digital – Intel – Xerox), pero los primeros desarrollos se dieron en la década de 1980. Actualmente los estándares Ethernet están regidos por la norma IEEE 802.3.
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Ethernet abarca fundamentalmente la subcapa MAC, o subcapa inferior de la capa de enlace de datos y la capa física del modelo OSI. Las funciones de la subcapa LLC están definidas en el estándar IEEE 802.2, esta subcapa representa la interfaz de comunicación entre los com- ponentes de hardware de la capa de red.
Como se indicó en la unidad anterior, la subcapa LLC o Control de Enlace Lógico, es indepen- diente de la tecnología de medios físicos, su funcionamiento corresponde a la implementa- ción de software de la capa de enlace de datos, mientras que la subcapa MAC, o Control de Acceso al Medio corresponde a la implementación de hardware, las tareas de entramado, o encapsulación a nivel de capa de enlace de datos, y control de acceso al medio son funcio- nalidades de esta subcapa.
Desde el punto de vista lógico, la topología de la tecnología Ethernet corresponde a bus multiacceso, en la cual todos los nodos de segmento local comparten los medios, el hecho de compartir los medios da lugar a que las tramas lleguen a la NIC de cada equipo de la red local, con lo cual se hace necesario que cada uno determine, con base en la dirección física de destino, si la trama entrante debe ser procesada o descartada. El método de control de acceso al medio utilizado por Ethertnet es CSMA/CD o Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones.
Desde sus inicios Ethernet ha evolucionado notablemente, los primeros productos utilizaban cable coaxial, luego se incorporó el cable UTP, y las implementaciones actuales van desde el uso de cable de par trenzado hasta medios de fibra óptica, estas últimas ofrecen velocidades de 10 Gigabits por segundo, con lo cual se redefine el alcance geográfico de la tecnología Ethernet, esto gracias al mayor cubrimiento que permite la fibra óptica.
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Dado su asocio con la capa física, Ethernet contempla la implementación de codificación y decodificación del contenido de tramas, otro aspecto importante de esta tecnología es que, pese a la diversidad de tipos de medios utilizados, todas las implementaciones tienen la mis- ma estructura de trama, motivo por el cual versiones anteriores cumplen con los requisitos actuales.
El manejo de colisiones en Ethernet
Las antiguas redes locales Ethernet se valían generalmente de dispositivos intermediarios como hubs, dispositivo que al recibir una corriente de bits por una de sus interfaces, las re- envía por las demás, lo que resultaba en un entorno de medios compartidos, en el que sólo uno de los nodos podía transmitir a la vez (modo half-duplex); si al dispositivo concentrador se conectaban más nodos, se aumentaba la probabilidad de colisiones dando lugar a la de- gradación del desempeño de la red.
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Fuente: Propia, adaptada de currículo CCNA Exploration
Las redes Ethernet actuales emplean switches o conmutadores en lugar de hubs. Un switch es un dispositivo con la capacidad de reenviar información recibida a la interfaz correspon- diente con base en la dirección física en caso que se conozca. La utilización de switch reduce la probabilidad de colisiones al limitar el número de equipos que reciben las tramas reen- viadas, lo que sumado a la posibilidad de transmitir y enviar información al mismo tiempo (comunicación full-duplex), ha facilitado la evolución que permite contar hoy con Ethernet del orden de los Gbps.
Tamaño de la trama Ethernet
Recordemos que una trama genérica se compone de encabezados de trama, datos de capa de red y tráiler. El tamaño mínimo de una trama Ethernet IEEE 802.3 es de 64 bytes en tanto que el tamaño máximo es de 1518 bytes. Un estándar nuevo, IEEE 802.3ac, que está fuera del alcance de este curso, cuenta con un tamaño máximo de 1522 bytes.
Los campos en los que se distribuye el tamaño total de la trama se muestran en la siguiente figura y algunos de ellos e describen brevemente a continuación.
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Fuente: Propia, adaptada de currículo CCNA Exploration
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Preámbulo y Delimitador de inicio de trama: son campos importantes en la sincroniza- ción de la comunicación entre nodos finales, podría decirse que su utilidad es prevenir a los equipos receptores sobre la llegada de una nueva trama.■
Dirección MAC de destino: corresponde a la dirección física del equipo al que se ha de enviar un flujo de información. Mediante el valor contenido en este campo, un equipo puede determinar si es el destinatario de una trama. Cada equipo al que llega una trama compara el contenido del campo de la dirección MAC destino con el identificador de su propia tarjeta de interfaz de red, si hay coincidencia entre estos valores el dispositivo procesa la trama.■
Dirección MAC de origen: es la dirección o identificador de la tarjeta de red del equipo que envía la información.■
Longitud: los estándares IEEE 802.3 anteriores a 1997, usaban el campo Longitud para indicar la longitud exacta del campo de datos. Una versión de Ethernet, no descrita aquí usa en su lugar un campo Tipo para indicar el protocolo que se implementa.■
Datos y Pad: contienen los datos de capa de red, generalmente es un paquete IP, si se en- trama un paquete con poco contenido, el Pad se utiliza para ajustar el tamaño de la trama hasta alcanzar el tamaño mínimo requerido.■
Secuencia de verificación de trama: es empleado en la detección de errores en el conteni- do de la trama. Su valor se fundamenta en un cálculo de CRC realizado por el emisor con base en el contenido de la trama al momento del envío, por su parte el receptor calcula nuevamente el CRC, la no coincidencia de los valores de CRC es indicación de errores en la transmisión.Direcciones MAC Ethernet
Es la dirección física o dirección de Control de Acceso al Medio. Como se indicó en la uni- dad anterior, la dirección MAC corresponde a una cadena de 48 bits que se expresa me- diante 12 dígitos hexadecimales. (Recuérdese que hay una única correspondencia entre los
16 dígitos hexadecimales y los posibles valores de cadenas de 4 bits). De los 48 bits o 12 dígi- tos hexadecimales, la mitad de orden superior identifica al fabricante de la tarjeta de interfaz de red y se conoce como Identificador Único Organizacional (OUI); la otra mitad identifica una tarjeta específica de determinado fabricante. Estas son normas implementadas por el IEEE para garantizar la exclusividad del identificador de cada tarjeta, el propio IEEE asigna el OUI a cada fabricante y este último graba la dirección completa en la Memoria de Sólo Lectura (ROM) de la NIC.
Patrones de tráfico Ethernet
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Fuente: Propia, adaptada de currículo CCNA Exploration
En la unidad cuatro se describió los patrones de tráfico a nivel de capa de red, estos son Unicast, Multicast y Broadcast, cada patrón de tráfico se define según el tipo de dirección IP de destino. A nivel de capa de enlace de datos los patrones son caracterizados por el valor de la dirección física del destino. La imagen adjunta ilustra los patrones de tráfico, en ella se señala las direcciones físicas y lógicas.
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El control de Acceso al medio Ethernet
Ethernet emplea el método de control CSMA/CD o Acceso Múltiple con Detección de Por- tadora y detección de Colisiones, mediante el cual los dispositivos que requieren transmi- tir datos deben detectar previamente si el medio está libre para poder transmitir, en caso que detecte que el medio está siendo ocupado por otro dispositivo, posterga su intento de transmisión. Es posible que la transmisión iniciada por un dispositivo no haya sido detectada por otro equipo en la red, esto en razón a la latencia asociada a la distancia que debe reco- rrer la señal, si esto sucede y otro equipo inicia su transmisión, se produce una colisión en la cual las dos señales se combinan en una señal sin sentido, con parámetros, anormales que es detectada por los demás nodos como una colisión. La detección de una colisión da lugar a que todos los nodos que requieran transmitir desistan de hacerlo hasta que desaparezca la señal producto de la colisión. Los nodos involucrados en la colisión aplazan sus intentos de retransmisión a instantes posteriores definidos aleatoriamente tras la ejecución un algorit- mo de postergación, lo que garantiza que no haya coincidencia en los instantes de nuevos intentos de transmisión.
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Generalidades del componente físico de Ethernet
El componente físico de la tecnología Ether- net, denominado PHY, determina las dife- rencias entre las diferentes especificaciones. Las diferencias que existen entre Ethernet estándar, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet y 10 Gigabit Ethernet tienen lugar en la capa física, generalmente denominada Ethernet PHY. Los medios de transmisión empleados por Ethernet son el cable UTP y la fibra ópti- ca, los cuales, claro está, soportan velocida- des diferentes. IEEE define cuatro variantes comerciales con diferentes velocidades de transmisión de datos, estas son:
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10Base-T Ethernet (velocidad de 10 Mbps).■
Fast Ethernet (100 Mbps).■
Gigabit Ethernet (1000 Mbps).■
10 Gigabit Ethernet (10 Gbps).Redes inalámbricas
Las Redes de Área Local Inalámbricas o WLAN (Wireless Local Area Network), a di- ferencia de las LAN cableadas no se encuen- tran sujetas a las restricciones de cableado. Las tecnologías WLAN dan lugar a la refor- mulación de redes locales, teniéndose por ejemplo redes de cubrimiento del orden de los kilómetros y una infraestructura móvil no confinada a los muros de las construccio- nes. La información es transportada en for- ma de ondas electromagnéticas que viajan por el aire.
Las redes inalámbricas no necesariamen- te constituyen un sustituto de las redes cableadas, sino que resultan ser un com- plemento a las mismas, dispositivos de la
tecnología inalámbrica se pueden incorpo- rar a la infraestructura de una red cablea- da en funcionamiento. En la actualidad se cuenta con la tecnología Wifi que permite la creación de redes de computadores, los equipos deben disponer de una tarjeta de interfaz de red inalámbrica.
Razones del uso de las WLAN
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Fuente: Propia, adaptada de currículo CCNA Exploration
Las redes cableadas basadas en la tecno- logía Ethernet funcionan a velocidades de hasta 10 Gbps, la mayoría de WLAN funcio- nan a 11 Mbps y algunas a 54 Mbps, sin em- bargo, pese a estas desventajas en cuanto a la velocidad, de las redes WLAN frente a las LAN Ethernet, las WLAN resultan suficientes para muchos entornos de pequeñas empre- sas, obteniéndose el beneficio de la movili- dad de usuarios dentro de un área definida. Por otro lado existen dispositivos LAN que brindan conectividad entre sitios separados
hasta 40 kms, evitando así la necesidad de contratar líneas de comunicación para enla- zar sitios separados tales distancias.
Comparación entre una WLAN y una LAN Las LAN Ethernet se enmarcan en los es- tándares IEEE 802.3 y LAN inalámbrica co- rresponden al estándar 802.11. Las WLAN utilizan una parte de la banda de frecuencia de radio (RF). Las señales que se propagan a través de ondas de radio no están confi- nadas a la trayectoria definida por un cable, esto hace que las tramas de datos estén dis- ponibles para cualquiera que pueda recibir la señal, además de lo anterior la señal no se encuentra protegida y es más suscepti- ble de ser afectada por otras señales de fre- cuencias similares en la misma área.
Los diferentes computadores o equipos clientes en una WLAN, provistos de tarjetas de interfaz de red inalámbricas, se conectan generalmente a través de un router inalám- brico o un dispositivo conocido como punto de acceso inalámbrico o Access Point (AP). Una de las debilidades de las tecnologías WLAN se relaciona con la seguridad, ya que las señales son fácilmente intersectadas. Estándares de LAN inalámbricas
Las LAN inalámbrica 802.11 se enmarcan en un conjunto de estándar IEEE que definen la utilización de la radiofrecuencia (RF) en las bandas libres. Estos estándares han evo- lucionado desde su creación y en la actua- lidad los más populares son IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g y 802.11n.
802.11a y g funcionan a velocidades de has- ta 54 Mb/s, 802.11b maneja un máximo de 11 Mbps. Las diferencias en las velocidades se relacionan con las técnicas de modula- ción utilizada. Las referidas a los estándares
aquí referenciados son Espectro de Disper- sión de Secuencia Directa (DSSS) y Multi- plexación por División de Frecuencias orto- gonales (OFDM), temáticas que se escapan del alcance de esta asignatura, basta saber que OFDM proporciona velocidades mayo- res, pero que la implementación de DSSS es más simple y económica que OFDM.
Estándar IEEE 802.11A
Usa modulación OFDM y utiliza la banda de 5 GHz. Los dispositivos de esta tecnología son menos propensos a interferencias que los que operan en la banda de 2.4 GHz de- bido a que en un entorno dado hay menos dispositivos comerciales que utilizan la ban- da de 5 GHz. Entre las desventajas de traba- jar en la banda de 5 GHz se tiene que a fre- cuencia más alta, mayor es la absorción por parte de obstáculos.
Estándares IEEE 802.11b y 802.11g
El estándar 802.11b especificó las veloci- dades de 1; 2; 5.5 y 11 Mbps en la banda de 2.4 GHz utilizando modulación DSSS; 802.11b especifica velocidades mayores en la misma banda usando modulación OFDM. IEEE 802.11g también especifica la utiliza- ción de DSSS para la compatibilidad con los sistemas IEEE 802.11b. El DSSS admite tasas de datos de 1; 2; 5.5 y 11 Mbps, como tam- bién las tasas de datos OFDM de 6; 9; 12; 18; 24; 48 y 54 Mbps.
Aunque los dispositivos que operan en la banda de 2.4 GHz tienen mayor alcance que los de la banda de 5 GHz, presentan como desventaja que muchos dispositivos de clientes también utilizan la misma banda, dando lugar a posibles interferencias.
Estándar IEEE 802.11n
y alcance. Utiliza múltiples radios y antenas en puntos finales, cada uno transmitiendo en la misma frecuencia (tecnología de en- trada múltiple/salida múltiple o MIMO), en teoría la tasa máxima de transferencia de datos podría llegar a 600 Mbps.
Certificación Wifi
Las tres organizaciones con influencia sobre los estándares de las LAN Inalámbricas son:
ITU-R, IEEE y Wifi Alliance.
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El ITU-R: regula la asignación del espec- tro RF y órbitas satelitales.■
El IEEE: desarrolla y mantiene los están- dares para redes de área local y metro- politana con la familia de estándares IEEE 802.11.■
La Wifi Alliance: es una asociación de pro- veedores encargada de la promoción y crecimiento y aceptación de las WLAN y expide la certificación Wifi. Su objetivo es promover y mejorar la interoperabili- dad de productos basados en el estándar 802.11, y certifica proveedores en confor- midad con las normas.Imagen 9
Fuente: https://image.freepik.com/free-icon/wifi-- ios-7-interface-symbol_318-34377.png
Componentes de la tecnología inalám- brica
En esta parte se describe algunos elemen- tos componentes de las tecnologías ina- lámbricas, entre los cuales destacamos las NIC inalámbricas y los puntos de acceso o AP.Tarjeta de interfaz de red inalámbrica. La tarjeta de interfaz inalámbrica o NIC ina- lámbrica es el componente del dispositivo cliente que permite recepción y envío de las señales de radio de las WLAN. Los disposi- tivos portátiles vienen generalmente pro- vistos de una NIC inalámbrica. A los com- putadores de escritorio podemos instalarles tarjetas inalámbricas mediante una de las ranuras de expansión o mediante un puerto USB.
Puntos de Acceso inalámbrico
Si los dispositivos clientes no se comunican directamente entre ellos, lo hacen a través de un AP (Access Point) o punto de acceso, este dispositivo también facilita la conexión de los clientes inalámbricos a la red cablea- da. Un AP es un dispositivo de Capa 2. Los dispositivos WLAN están diseñados para evitar las colisiones mediante el uso de un método de acceso conocido como CSMA/ CA.
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Routers inalámbricos
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Fuente: Propia, adaptada de currículo CCNA Exploration
Son dispositivos que integran funciones de punto de acceso, switch Ethernet y router. Son apropiados para redes de uso casero y de pequeñas empresas.
Control de acceso 802.11
En las LAN Ethernet el control de acceso CSMA se complementa con la detección de presencia de colisiones (CD). Con el fin de evitar las colisiones, en las WLAN 802.11, CSMA se complementa con mecanismos orientados a evitar las colisiones (CA). Los puntos de acceso ejecutan una Función de Coordinación Distribuida (DCF), también llamada Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Prevención de Colisiones (CSMA/CA). Los dispositivos de la WLAN detectan el nivel de energía que indica si el medio está ocupado, y si este no es el caso espera a que se libere antes de enviar. Dado que se requiere que todos los dispositivos lo realicen, se distribuye la función de coordi- nar el acceso al medio.
Si un punto de acceso recibe información desde la estación de un cliente, le envía un acuse de recibo para confirmar que se
recibió la información. Este acuse de recibo evita que el cliente suponga que se produjo una colisión e impide la retransmisión de in- formación por parte del cliente.
Operación inalámbrica
Para que un equipo cliente pueda participar en una red inalámbrica a través de un pun- to de acceso, se requiere la configuración de un conjunto de parámetros tanto en el AP como en el cliente. Entre los parámetros configurables se tiene: modo de red inalám- brica, SSID y canal.
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Modo de red inalámbrica: hace referen-cia a los estándares 802.11a, b, g, o n. La compatibilidad de 802.11g con 802.11b, los puntos de acceso admiten ambos es- tándares. Por ejemplo, cuando un punto de acceso Linksys se configura para per- mitir clientes de 802.11b y 802.11g, ope- ra en modo mixto. Para que un AP admita 802.11a b y g, requiere contar con la ca- pacidad de operar en las bandas diferen- tes de RF.
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SSID: el SSID o Identificador de Conjuntode Servicios es el identificador usado por los clientes para distinguir las diferen- tes WLAN detectadas. La figura adjunta muestra un ejemplo de SSID correspon- dientes a redes detectadas por un clien-